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四川大學鄧怡、梁坤能 Adv. Mater.：構筑用于感染性組織再生的生物異質結及其通過激活類感受態抗菌策略快速殺菌

2024-10-22 來源：高分子科技

近年來，光熱療法（PTT）和光動力療法（PDT）等光治療方法已經成為治療細菌感染的強大策略。然而，對于耐藥細菌等致病菌而言，緊密的細胞膜顯著降低了光熱的傳導效率，并阻礙了活性氧（ROS）進入病菌細胞發揮作用，導致殺菌效果不盡人意。因此，亟需開發一種有效的抗菌方法，以解決當前抗菌效率不理想及超級耐藥細菌出現的問題。受到基因工程中感受態細胞應用的啟發，其中常用于DNA擴增的感受態大腸桿菌具有較為松散的細胞膜結構，并且能夠非特異性吸收外源性DNA。因此，將病菌誘導形成類感受態細胞，成為了一種解決因致密細胞膜而降低抗菌效率的方法。基于團隊在前期抗菌材料研究的基礎上（Small 2023, 19, 2304324; Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2109469; Small 2022, 18, 2105988.），發現MXene(Ti₂C₃)具有優異的光響應性能及抗菌性能，因此其結合類感受態的抗菌策略后期望產生更有效及廣譜的抗菌性能。

在本項研究中，他們通過在MXene上原位生成過氧化鈣（CaO₂）制備了MXene/CaO₂生物異質結（MC bio-HJ）用于感染性組織損傷修復。該生物異質結通過激活類感受態細胞策略達到優異的抗菌效果，主要是利用CaO₂分解釋放的鈣離子與病原菌細胞膜磷脂雙分子層結合，“被攻擊”后的細胞膜通透性增加，進而MC bio-HJ在近紅外光照射下產生的熱量和ROS能夠有效進入病原菌產生抗菌作用，從而對病菌進行毀滅性打擊。該生物異質結在體外表現出了廣譜且有效的抗菌效果，對于耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）的抗菌率達到了接近100%的水平。并且體內的感染性傷口缺損和感染性骨缺損兩個動物實驗模型也證明了該生物異質結良好的抗菌及促組織再生能力。總體來說，該研究為有效快速殺菌和促進組織再生提供了新的研究思路。

圖1. 類感受態細胞抗菌策略。

圖2. MC bio-HJ的制備及表征。

圖3. MC bio-HJ的抗菌效果。

圖4. 類感受態細胞抗菌策略的機理。

圖5. MRSA感染皮膚創面的修復。

該工作以題目為“Elaborated Bio-Heterojunction With Robust Sterilization Effect for Infected Tissue Regeneration via Activating Competent Cell-Like Antibacterial Tactic”發表于《Advanced Materials》。文章第一作者為四川大學化學工程學院博士生黃義宣，通訊作者為四川大學化學工程學院鄧怡研究員和四川大學華西口腔醫學院梁坤能副教授。該項研究得到了國家自然科學基金、四川省自然科學基金和四川省科技廳項目等項目的支持。

全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202414111

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（責任編輯：xu）

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